Устройство для измерения потерь энергииНА ВРАщАТЕльНый гиСТЕРЕзиС Советский патент 1981 года по МПК G01R33/14 

Изобретение относится к намерению магнитных величин, а более-конкретно к намерению и изучению физики гистерезис са во врашаюшвугся магнитном поле, и может быть использ(жано для исследовании различных магнитных материалов, применяоопах в приборостроении для в готсвления навигационной аппаратура раз личного назначения, кроме того, оно может найти применение в электротехнике при создании гистерезисных электродвига телей. . Известно устройс-гао для измерения вралаюшего механического момента но пыоуемого м нитного образца, сод жашее подвесную систему с зеркалом и рам кой с градуировочной и компенсационной обмопсами, постоянный магнит, электромагнит, источник света, датчик угла поворота электромагнита, фотоэлектрический усилитель, к выходу которого подключен кс 4пенсационная обмотка рамки и кзмер тельный прибор l. Недостатком этого устройства является невозможность непосредственного измерения величшоа ПЕГ, для нахождения которой необходимо измерение параметров электрического сигнала, пршорционального вращаюшз«ту механическому моменту образца, на двухкоординатном самопвгоце с записью на нормированной бумаге, планиметрирование плошади гистерезисной кривой или ее вырезание и взвешввание на аналитических весах, вычисл ние. С п(ж«ощью планиметра не удается с достаточной точностью прсжодитъ вычисление площади гистереэвсной кривой для материалов с малыми потерями на вращательный гистерезис ( .ПВГ ) или сложной кристаллической структурой, у которых форма кривой практически не позволяет пользоваться планиметром. Цель изобретения - повышение точное ти и быстродействия измерения величины потерь энергии на вращательный гистере зис в магнитных материалах.

Указанная Депь достигается т&л, что в устройстве , содержащий подвесную систему с зеркалом и рэмкой с градуира вочной и к лпенсационной обмотками, постоянный магнит, эпектрсж1агнит , источ , ник света, датчик угла поворота электромагнита, двфференциальный фотоэлемент и связанный с ним фотоэлектрический усилитель, к выходу котфого подключена кся пенсаднонная обмотка рамки, измер - ю тельный прибф, введены последовательно соединенные с выходом фотоэлектричкакого усилителя масштабный усилитель и интегратор, своим выходом подключенный nejfflOMy входу измерительного прибора, 15 а также хронирующий блок, вход которого вязан с датчиком угла повЪрота электрот агнита, а выход - со вторым входом и тегратора и Еимерительного .

На чертеже преде тавнена функциональНая схема устройства для измерения.

Устройство содержит постоянный агнит 1, псмдаесную ст:тему 2, на стерж не которой закреплены зеркало 3 и рамка 4 с х задуировочной обмоткой 5, исспе дуемый магнитный образеи 6, электромагнит 7 для намагничения образца, точник 8 света, датчик 9 угла поворота электромагнита , дифференциальный фотаэлайент lO, фотоэлектрический ус рлвтель 11, кс9лпенса1шонная сюмотка 12, масштабнь1й усилитель 13, интетратср 14, хронируклций блок 15, измерительный rtpyt-бор 16.

В предпочтительной фoJЛvfe выполнения в роли измерительного приб(а исполызуется Цифровой вольтметр, интегратор является аналоговым и выполнен на базе усилителя постоянного тока.

Устройство работает следующим обра3C vI.

/

При помещении исследуемого магнирнсно образца 6, закрепленного на подвесной систет е 2, в постоянное однород- 45 ное магнитное поле, созданное электромагнитом 7, на образец действует вращающийся момент, стремящийся псюернуть образец так, чтобы ось легкого намаг нич ивания была параллельна вектору напряженности магнитного поля. Вследствие поворота образца 6 происходит поворот всей подвесной системы 2, на которой находятся также зеркало 3 и рамка 4 с обмоткой. При повфоте зеркала 3 от раженный луч производит разбаланс моста, плечами которого является дифференциальный фотоэлемент 1О. Напряжение рассогласования подается на фотоэлектрический усилитель 11, нагрузкой которого является компенсационная обмотха 12 рамки 4. В результате взаимодействия поля кca пeнcaшIoннoй обмотхи 12, по которой течет пропорциональный напряжению разбаланса моста ток, с полем пос-гтоянного магнита 1, рамка 4 создает ащающий момент, равный и противоположный по направлению вращающему моменту образца 6. Выходное напряжение фотоэлектрического усилителя 11, пропсу циональное вращающему моменту образца, подается через масштабный усилитель 13 на 1штет ратс 14 и на измерительный прибор 16, например иифрс®,ой вольт метр.

Масштабный усилитель 13 Имеет несколько динамических диапазонов амплитуд с плавной перестройкой коэффициента, усиления, который выбирается для каждог образца специально в зависимости от в&личины сигнала и объема образца, скорости вращения магнита и с учетом сог лассвания выхода масштабного усилителя со входом усилителя постоянного тока датегратс а, линейный участок входной х актервстикн которого ограничен.

Штегратор 14 производит аналсггазое интегрирование напряжения с выхода масштабного усилителя 13 только во время вращения электромагнита 7 вокруг образц что обеспечивает хрон ующий блок 15, связанный с датчиком 9 угла поюрота электромагнита. Сигнал с датчика 9, соответствующий углу О, т.е. началу вращении , форм1фуется хронирующим блоком J.5 в управляющий сигнал, отпирающий усилитель постоянного тока интегратора 14,а сигнал, собтветсгаующ окончанию цикла перемагничивания, отключает интегратор 14 ,от масштабного усилителя 13и разрешает ци{ ровому вольтметру фоизв стп взмерё ние на выходе интегратора напряжения, равного по величине потерям энергии на вращательный гистерезвс в едшсице объема исследуш ого материала.

Проведз математическое обоснсюание непосредственного измерения предлагаа ш устройством величииы потфь на вращательный гистерезис, которая в еаиниие обь&ла материала за один цикл перемагничивания определяется следующим образом

А QR -J-I dy, И)

о где V - объем образца. М- механический вращающий момент образца, Ц- текущий угол. ,-, Зходиое напряжение интеграторб 14 в момент времени Т определяется взввС1 вым выражением ивь|Х- 1ивх Д о где R. и С - элементы интегр1Ч)ующей цепи, напрясжение на входе .йнтег ратора. Напряжение на выходе фотоэпектриче кого усилителя И пропорционально врата ющему моменту образца . где К0 - градуироаочная постоянная уст ройства. Напряжение на выходе масштабн ного усилителя 13 такие пропорциональное мевсаническся моменту образца в яв ляется входным напряжением для интегра тора ) где tC;j- коэффициент масштабного усил&на Отсюда -fТ dviiJ f ивч--. Mil., RCu) R где W f- - скорость вращения эпект ромагнита. Устанавливая коэффвшюнт масштабного усиления, равным по велвявне выражению ам. к.-. - М получаем Ugbix.R Таким образом, предлагаемое устроИство по сравнению с иавестными уст ройствами обеспечивает быстрое, точное и непосредственное измерение величи(ы потерь в магнитных материалах. Время потерь на вращательный ГЕостерезвс одного образца и построение трофической зависимости, например, от напряженности магнитного поля прибл зительно рюно часу, тогда как по.прежней методике измерение вращак щего момента и вычисление потерь, занимает не менее десяти часов. Формула изобретения Устро тво для измерения потерь энергии на вращательный гистерезис, содержа щее подвесную светилу с закалом и рамкой с градуировочной и компенсационной обмотками, постоянный магнит, электромагнит, источник света, . датчик угла поворота- электр(А«агнЕта, дя| ференш(альный-фотоэлемент н связанный с ним фотоалектрическвй усвлктель, к аыхооу которого подключшю комаевсацвоннш обмотка рамкх вэмервтепьный првбф,о т л и чающееся тем, что : повышенда точности и быстропевсгаия вэмеренвя, в него введены последовательно соеавнен1&1е с вызовом фотоэлектричвскаго усхватвая масштабный усилитель и интегратор, своим выхопом подключенный -„х вхооу измерительного прибора, а также хронирукяпий блок, вход кототорого связан с датчиком угла п(орота электромагнита , а выход - со вторыми входами BHTerpaTqia и измерительного прибора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Севастьянов Б. К. и Харахатьян Э.Г. Торсшжные весы с компенсацией смещения обрееша постоянным током.Приборы и техника эксперимента , I960, № 5 .